O aumento da concentração atmosférica de CO₂ está relacionado a mudanças climáticas e problemas ambientais. A redução das emissões de dióxido de carbono por meio da sua utilização em reações químicas é um desafio, já que se trata de uma espécie termodinamicamente bastante estável. Com o objetivo de avaliar as interações intrínsecas entre o ferro e CO₂ , estuda-se a reação Fe + CO₂ → FeO + CO. Trata-se de um estudo teórico, em fase gasosa, em que foi empregado o nível de teoria B3LYP/def2-TZVP. Foram ajustadas funções de energia potencial, utilizando redes neurais, que foram conectadas suavemente a um potencial de longa distância que descreve efeitos de dispersão. A representação foi feita pela expansão de muitos corpos, em que a metodologia baseada em redes neurais demonstrou êxito no ajuste de potenciais de dois e três corpos, tendo sido empregados, nas funções que descrevem sistemas com átomos idênticos, os polinômios permutacionalmente invariantes. A complexidade da superfície de energia potencial para o sistema de quatro corpos, devido a presença de correlação eletrônica forte e a quantidade de pontos estacionários, inviabilizam o ajuste do potencial de quatro corpos e impossibilitaram o estudo da dinâmica da reação. São descritos todos os pontos estacionários, em termos de suas geometrias de equilíbrio, energias relativas e frequências vibracionais harmônicas. O conjunto desses dados permite realizar uma análise termodinâmica da reação que tem variação de entalpia a 0K, Δ_rH^°(0K) = 31,2 kcal mol⁻¹ e dois caminhos de reação com estados de transição com entalpias de ativação, Δ^‡H(0K) = 29,7 e 41,0 kcal mol⁻¹

The rise in atmospheric CO₂ concentration is related to climate change and environmental issues. The reduction of carbon dioxide emissions by its utilization in chemical reactions is a challenge given its thermodynamic stability. To evaluate the intrinsic interactions between iron and CO₂, the Fe + CO₂ → FeO + CO gas-phase chemical reaction was studied at the B3LYP/def2-TZVP level of theory. Potential energy functions, represented using the many-body expansion, were fitted using neural networks that were smoothly connected to a long-range potential that describes dispersion effects. The neural network-based approach successfully fitted the two- and three-body potentials. For the three-body potentials with identical atoms, permutationally invariant polynomials were used. Given the complexity of the potential energy surface for the four-body system, due to the presence of strong electronic correlation and the number of stationary points, it was not possible to fit the four-body potential and to study the reaction dynamics. All stationary points were studied, in terms of their equilibrium geometries, relative energies, and harmonic vibrational frequencies. The Fe + CO₂ → FeO + CO reaction has enthalpy of reaction at 0K, Δ_rH^°(0K), equals to 31.2 kcal mol⁻¹ and two possible reaction paths with activation enthalpies, Δ^‡H(0K), of 29.7 and 41.0 kcal mol⁻¹ .